une boule à neige interactive
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Enseignement scientifique 1re - 2023

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Esprit critique
Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Les cristaux, des édifices ordonnés
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 6
Énergie solaire, photosynthèse et nutrition
Ch. 7
Énergie solaire et humanité
La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L’Histoire de l'âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l'Univers
Son et musique, porteurs d'information
Ch. 11
Son et musique
Ch. 12
Le son, une information à coder
Ch. 13
Entendre et protéger son audition
Projet expérimental et numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 5
Exercices

Le coin des experts

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17
L'éclipse totale de Soleil de 1999

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Compétence
Calculer la proportion de la puissance émise par le Soleil qui atteint la Terre
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Une éclipse totale de Soleil est un évènement rare et impressionnant. L'éclipse du 11 août 1999 est considérée comme celle ayant été suivie par le plus d'êtres humains dans toute l'histoire : en effet, elle a traversé des zones très fortement peuplées comme l'Europe et l'Asie.
Une large partie de l'hémisphère nord a été plongée dans la pénombre. En revanche, seule une petite partie de la surface terrestre a été plongée dans une totale obscurité. Quelques chanceux sur place ont eu la sensation étrange d'observer la tombée de la nuit en quelques secondes.
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Données

Rayon de la Terre : R_T=6~370~km
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Doc.
Tache d'ombre lors de l'éclipse de 1999.

Placeholder pour Tache d'ombre lors de l'éclipse de 1999Tache d'ombre lors de l'éclipse de 1999
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Questions
1. Le centre de la tache d'ombre s'est notamment déplacé au nord-est de Paris, jusqu'à Reims. Cette tache, supposée circulaire, de 112 km de diamètre, se déplaçait d'ouest en est à une vitesse de 3 055 km·h-1. Déterminez la durée en heure (h) puis en seconde (s) pendant laquelle les Rémois (habitants de Reims) se sont retrouvés plongés dans l'obscurité.
2. Une partie de la puissance émise par le Soleil est interceptée par la Terre. Rappelez sur quelle surface cette puissance est interceptée, puis calculez la valeur numérique de son aire.
3. Déterminez la valeur de l'aire de la tache d'ombre.
4. La Terre intercepte en moyenne une puissance solaire égale à 1,74 \times 10^{14} \mathrm{~kW}. Montrez que la puissance Pombre, que la Terre ne peut pas intercepter à cause de la tache d'ombre, vaut 1,34 \times 10^{10} \mathrm{~kW}. On utilisera le fait que la puissance interceptée est supposée proportionnelle à la surface exposée.
5. Déterminez l'énergie, en kilowattheure (kWh), que la Terre n'a pas pu intercepter pendant toute la durée où Reims s'est trouvée plongée dans l'obscurité.
6. La consommation électrique de la ville de Reims s'élève à environ 4 \times 10^8 \mathrm{kWh} chaque année. Déterminez à combien d'années de consommation d'électricité correspondrait l'énergie calculée à la question 5.
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18
L'orbite elliptique

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Compétence
Calculer la proportion de la puissance émise par le Soleil qui atteint la Terre
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La Terre ne décrit pas une trajectoire rigoureusement circulaire autour du Soleil. En réalité, elle se déplace sur une ellipse qui implique que la distance Terre-Soleil n'est pas constante. Il existe donc une position pour laquelle la Terre est au plus près du Soleil (périhélie), et une position où la Terre est au plus loin du Soleil (aphélie).
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Données

Rayon de la Terre : R_T=6~370~km
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Doc.
Schématisation de l'orbite terrestre autour du Soleil.

Schématisation de l'orbite terrestre autour du Soleil
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Le périhélie et l'aphélie sont ici exagérés.
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Questions
1. Entre l'aphélie et le périhélie, identifiez la position pour laquelle la Terre reçoit un maximum de puissance solaire.
2. Montrez, à l'aide du schéma, que la fraction de la puissance solaire interceptée par la Terre est donnée par :

\begin{array}{l|l} \varepsilon=\left(\frac{R_{\mathrm{T}}}{2 D}\right)^2 & \begin{array}{l} \varepsilon: \text { fraction du rayonnement intercepté par la Terre } \\ R_{\mathrm{T}}: \text { rayon de la Terre }(\mathrm{km}) \\ D: \text { distance entre le Soleil et la Terre }(\mathrm{km}) \end{array} \end{array}
3. On donne D_a=152~000~000 \mathrm{~km} et D_{\mathrm{p}}=147~000~000 \mathrm{~km}. Calculez les fractions \varepsilon_a et \varepsilon_p de la puissance solaire interceptée par la Terre à l'aphélie et au périhélie et commentez leur écart.
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Exercice numérique
La puissance solaire interceptée par la Lune

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Retrouvez la version alternative de .

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Compétence
Calculer la proportion de la puissance émise par le Soleil qui atteint la Terre
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La Lune, seul satellite naturel de la Terre, reçoit l'essentiel de sa puissance de la part du Soleil. On la modélise par une boule de rayon R_{\mathrm{L}}=1740 \mathrm{~km}. On considére que la distance moyenne entre la Lune et le Soleil est égale à celle entre la Terre et le Soleil, soit D=150 \times 10^6 \mathrm{~km}.
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Doc.
La Terre vue depuis la Lune, toutes deux éclairées par le Soleil.

Placeholder pour terre vue depuis la luneterre vue depuis la lune
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Cette photographie a été prise lors de la mission Apollo 11 en 1969
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Question
Estimez de combien de fois la puissance émise par le Soleil et reçue par la Lune est plus faible que celle reçue par la Terre.
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